(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルの受光面側に設けられた表面電極及び裏面側に設けられた裏面電極に、導電性接続材料を介して配線部材をそれぞれ接続する配線接続工程を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記配線接続工程における前記配線部材の接続温度が２０℃以上かつ前記裏面電極に塑性変形が生じる塑性変形温度未満であり、
配線接続前の前記太陽電池セルについて温度に対する反り量の変化を予め測定し、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線と、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線との交点に基づいて、前記塑性変形温度を決定することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
太陽電池セルの受光面側に設けられた表面電極及び裏面側に設けられた裏面電極に、導電性接続材料を介して配線部材をそれぞれ接続する配線接続工程を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記配線接続工程における前記配線部材の接続温度が２０℃以上かつ前記裏面電極に塑性変形が生じる塑性変形温度未満であり、
前記塑性変形温度は、配線接続前の前記太陽電池セルについて温度に対する反り量の変化の測定結果において、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線と、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線との交点に基づく温度であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記導電性接続材料として、絶縁樹脂に導電粒子を分散して含有させた導電性フィルム又は導電性ペーストを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記導電性接続材料として、低融点合金に導電粒子を分散して含有させた導電性フィルム又は導電性ペーストを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールの各太陽電池セル同士は、例えば、受光面側に設けられた表面電極及び受光面の裏側に設けられた裏面電極が、配線部材を介して隣接する太陽電池セルの表面電極及び裏面電極と接続されることによって互いに連結されている。従来、太陽電池セルの表面電極及び裏面電極と配線部材とを接続する際に用いられる導電性接続材料として、導通性や固着強度などの点から接続信頼性に優れ、安価で汎用性があることからはんだが広く使われてきた（特許文献１，２参照）。また、はんだ以外の導電性接続材料として、導電性フィルム又は導電性ペーストを用い、太陽電池セルの表面電極及び裏面電極と配線部材とを熱圧着する方法が採用される場合もあった（例えば、特許文献３〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０４２５６号公報
【特許文献２】特開２００５−０５０７８０号公報
【特許文献３】特開２０００−２８６４３６号公報
【特許文献４】特開２００１−３５７８９７号公報
【特許文献５】特許第３４４８９２４号公報
【特許文献６】特開２００５−１０１５１９号公報
【特許文献７】特開２００７−２１４５３３号公報
【特許文献８】特開２０００−９０７３４号公報
【特許文献９】特開２００１−３１３４０２号公報
【特許文献１０】特開２００６−２６１６２１号公報
【特許文献１１】特開２００８−１６６３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、導電性フィルムや導電性ペーストを用いて表面電極及び裏面電極と配線部材とを熱圧着した場合、接続後の太陽電池セルの反りの問題が以前から指摘されていた。この反りの問題は、太陽電池セルを構成する基板と裏面電極との間の熱膨張率の違いによって両者の間に応力が生じることが原因であると考えられている（特許文献８〜１１参照）。
【０００５】
しかしながら、接続後の太陽電池セルの反りは、その後の工程における太陽電池セルの割れなどを誘発し、太陽電池モジュールの歩留まり低下の一因となるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、太陽電池セルにおける反りの発生を抑制することにより、歩留まりの向上を図ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決のために、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルの受光面側に設けられた表面電極及び裏面側に設けられた裏面電極に、導電性接続材料を介して配線部材をそれぞれ接続する配線接続工程を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、配線接続工程における配線部材の接続温度が２０℃以上かつ裏面電極に塑性変形が生じる塑性変形温度未満であり、配線接続前の太陽電池セルについて温度に対する反り量の変化を予め測定し、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線と、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線との交点に基づいて、塑性変形温度を決定することを特徴としている。
【０００８】
この太陽電池モジュールの製造方法では、配線接続工程における配線部材の接続温度を２０℃以上かつ裏面電極に塑性変形が生じる塑性変形温度未満とすることで、太陽電池セルの基板と裏面電極との間の熱膨張差が抑えられ、接続後の太陽電池セルにおける反りの発生を抑制することが可能となる。また、この太陽電池セルの製造方法では、配線接続前の太陽電池セルについて温度に対する反り量の変化を予め測定し、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線と、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線との交点に基づいて、接続温度の上限である塑性変形温度を決定している。これにより、太陽電池セルの反りの抑制に有効な接続温度の範囲を精度良く求めることができる。
【０００９】
本発明の導電性接続材料としては、絶縁樹脂に導電粒子を含有した導電性フィルム又は導電性ペーストであることが好ましい。これらの導電性フィルム又は導電性ペースト用いることで、表面電極及び裏面電極と配線部材との間の接続抵抗が十分に低減され、良好な電気的接続が実現される。
【００１０】
上述した以外の導電性接続材料としては、低融点合金に導電粒子を分散して含有させた導電性フィルム又は導電性ペーストであることが好ましい。これらの導電性フィルム又は導電性ペースト用いることで、表面電極及び裏面電極と配線部材との間の接続抵抗が十分に低減され、良好な電気的接続が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、太陽電池セルにおける反りの発生を抑制することにより、歩留まりの向上を図ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法を適用する太陽電池セルを受光面から見た図である。
【図２】図１に示した太陽電池セルを裏面側から見た図である。
【図３】塑性変形温度の決定方法を示すグラフである。
【図４】表面電極及び裏面電極と配線部材とを接続する導電性フィルムの構成を示す断面図である。
【図５】配線接続工程を示す図である。
【図６】配線接続工程を経た後の裏面電極と配線部材との接続状態を示す断面図である。
【図７】配線部材の接続温度と太陽電池セルの反り量との関係の検証結果を示す図である。
【図８】裏面電極に添加剤を加えた場合の塑性変形温度の決定方法を示すグラフである。
【図９】裏面電極に添加剤を加えた場合の配線部材の接続温度と太陽電池セルの反り量との関係の検証結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
始めに、接続対象である太陽電池セル１０の構成について説明する。図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法を適用する太陽電池セル１０を受光面側から見た図である。また、図２は、太陽電池セル１０を裏面側から見た図である。
【００１５】
太陽電池セル１０は、図１に示すように、平板状の基板１１の一方面上に受光部１２を有している。受光部１２の表面には、線状又は帯状のバスバー電極１３ａ及びフィンガー電極１３ｂから構成される表面電極１３が設けられている。また、図２に示すように、太陽電池セル１０の裏面には、例えばアルミペースト焼成層１４が形成され、このアルミペースト焼成層１４上に線状又は帯状のバスバー電極１５ａから構成される裏面電極１５が設けられている。
【００１６】
太陽電池セル１０の基板１１は、例えばＳｉの単結晶、多結晶、及び非結晶のうち少なくとも一つによって形成されている。本実施形態では、基板１１の受光部１２側がｎ型半導体であってもよく、ｐ型半導体であってもよい。また、表面電極１３は、電気的導通を得ることができる公知の材料からなる。表面電極１３の材料としては、銀を含有したガラスペースト、接着剤樹脂に各種導電粒子を分散した銀ペースト、金ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、アルミニウムペースト、及び焼成や蒸着によって形成されるＩＴＯなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、導電性、安定性、及びコストの観点から、銀を含有したガラスペーストを用いることが好ましい。
【００１７】
続いて、上述した太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００１８】
この太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セル１０の表面電極１３及び裏面電極１５に導電性フィルム２０を介して配線部材１８をそれぞれ接続する配線接続工程を有している。この配線接続工程では、裏面電極１５と配線部材１８とを接続する際の接続温度が、２０℃以上でかつ裏面電極１５に塑性変形が生じる塑性変形温度Ｔ０未満となる範囲から選択される。
【００１９】
接続温度の上限である塑性変形温度Ｔ０の決定にあたっては、まず、図３に示すように、配線部材１８を接続する前の太陽電池セル１０について、温度に対する反り量の変化を測定する。この測定には、例えばＡＫＲＯＭＥＴＲＩＸ社製ＴＨＥＲＭＯＩＲＥ  ＰＳ２０００を用いる。図３に示す例では、２５℃から２５０℃まで２５℃刻みで温度を変化させた場合の各温度における太陽電池セル１０の反り量がプロットされている。
【００２０】
太陽電池セル１０の温度に対する反り量の変化を測定した後、低温領域（例えば２５℃〜１００℃）における測定結果に最小二乗法を適用して近似直線Ａを求める。また、高温領域（例えば１５０℃〜２５０℃）における測定結果に最小二乗法を適用して近似直線Ｂを求める。そして、近似直線Ａと近似直線Ｂとの交点Ｃに基づいて、上述した塑性変形温度Ｔ０を決定する。図３に示す例では、塑性変形温度Ｔ０は１１２℃となる。
【００２１】
塑性変形温度Ｔ０を決定した後、太陽電池セル１０の表面電極１３及び裏面電極１５に沿って導電性フィルム２０を貼り付ける。導電性フィルム２０は、図４に示すように、基材１６と、接着剤層１７とによって、例えば長さ１ｍｍ〜３００ｍｍ、幅０．５ｍｍ〜３０ｍｍ、厚さ４μｍ〜２００μｍ程度に形成されている。
【００２２】
太陽電池モジュールの発電効率を向上させる観点からは、導電性フィルム２０の幅は、配線部材１８の幅と等幅であることが好ましい。また、基材１６の幅は、接着剤層１７の幅よりも大きいことが好ましい。接着剤層１７の厚さは、接着剤成分の種類や配線部材１８の形状に合わせて適宜選択されるが、例えば５〜１００μｍ程度であることが好ましい。接着剤層１７の幅は、一般には０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度である。
【００２３】
基材１６は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリアセテート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、合成ゴム系、液晶ポリマーなどによって形成されている。基材１６における接着剤層１７の形成面には、離型処理がなされていることが好ましい。
【００２４】
また、接着剤層１７は、熱硬化性樹脂に導電粒子１７ａを分散させてなる接着剤成分によって形成されている。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。熱硬化性樹脂の硬化反応の形態は特に制限されるものではなく、二重結合のラジカル重合、イオン重合、重付加などのいずれであってもよい。
【００２５】
接着剤層１７には、熱硬化性樹脂以外の成分が含まれていてもよい。このような成分には、例えばフィルム形成ポリマー、ラジカル重合開始剤、エポキシ硬化剤、シランカップリング剤、触媒、充填剤などが挙げられる。熱硬化性樹脂、フィルム形成ポリマー、及びその他の成分の種類や配合比の調整により、接着剤層１７の硬化温度を制御できる。
【００２６】
一方、導電粒子１７ａとしては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属やカーボンの粒子を用いることができる。その他、非導電性のガラス、セラミック、プラスチック等を核とし、上記金属やカーボンで核を被覆した粒子を用いることもでき、導電粒子１７ａを絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子を用いることもできる。導電粒子１７ａの平均粒径は、分散性や導電性の観点から、例えば１μｍ〜１８μｍであることが好ましい。
【００２７】
導電粒子１７ａの配合割合は、接着剤成分の１００体積部に対して０．０１体積部〜３０体積部であることが好ましく、０．１体積部〜１０体積部であることが更に好ましい。この配合割合が０．０１体積部未満であると、対向する電極間の接続抵抗が高くなる傾向にあり、３０体積部を超えると隣接する電極間の短絡が生じ易くなる傾向がある。
【００２８】
太陽電池セル１０の表面電極１３及び裏面電極１５に沿って導電性フィルム２０を貼り付けた後、熱圧着装置１９のステージ１９ａに載置する。そして、図５（ａ）に示すように、ステージ１９ａと熱圧着ヘッド１９ｂとによって導電性フィルム２０を表面電極１３及び裏面電極１５にそれぞれ仮圧着する。仮圧着時の圧力は、例えば０．１ＭＰａ〜３０．０ＭＰａとすることが好ましく、加圧時間は例えば０．５秒〜１２０秒とすることが好ましい。仮圧着時の温度は、接着剤層１７が実質的に硬化しない温度であればよい。
【００２９】
導電性フィルム２０を仮圧着した後、基材１６を剥離し、表面電極１３上及び裏面電極１５上に形成された接着剤層１７に沿って配線部材１８をそれぞれ配置する。配線部材１８としては、例えば長さ１５０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの角型銅リボン線が用いられる。そして、図５（ｂ）に示すように、ステージ１９ａと熱圧着ヘッド１９ｂとによって接着剤層１７を硬化させ、表面電極１３及び裏面電極１５と配線部材１８とをそれぞれ接続する。このときの熱圧着ヘッド１９ｂによる圧力は、配線部材１８や太陽電池セル１０に損傷を与えない範囲であれば特に制限されないが、例えば０．１ＭＰａ〜３０．０ＭＰａとすることが好ましい。
【００３０】
また、加熱温度は、２０℃以上かつ上述した塑性変形温度Ｔ０未満であることが好ましい。また、加熱温度の下限は、硬化速度を確保する観点から、４０℃以上であることがより好ましく、８０℃以上であることが更に好ましい。加熱時間は、０．１秒〜１８０秒であることが好ましい。加熱時間の下限は、０．５秒以上であることがより好ましく、１．０秒以上であることが更に好ましい。
【００３１】
なお、接着剤層１７を硬化させるための加熱は、ステージ１９ａと熱圧着ヘッド１９ｂとの両方を加熱するものであってもよく、いずれか一方のみの加熱であってもよい。また、ステージ１９ａ及び熱圧着ヘッド１９ｂの近傍から熱風を吹き付けるようにしてもよい。
【００３２】
図６は、配線接続工程を経た後の裏面電極１５と配線部材１８との接続状態を示す断面図である。同図に示すように、配線接続工程により、互いに対向する裏面電極１５と配線部材１８との間に接着剤層１７中の導電粒子１７ａが介在し、この導電粒子１７ａを介して裏面電極１５と配線部材１８とが電気的に接続される。また、図示しないが、表面電極１３と配線部材１８との接続状態についても同様となっている。このような接続状態により、表面電極１３及び裏面電極１５と配線部材１８との間の接続抵抗が十分に低減され、良好な電気的接続が実現される。
【００３３】
以上説明したように、この太陽電池モジュールの製造方法では、配線接続工程における配線部材１８の接続温度が、２０℃以上かつ塑性変形温度Ｔ０未満となっている。このため、太陽電池セル１０の基板１１と裏面電極１５との間の熱膨張差が抑えられ、接続後の太陽電池セル１０における反りの発生を抑制することが可能となる。また、この太陽電池セル１０の製造方法では、配線接続前の太陽電池セル１０について温度に対する反り量の変化を予め測定し、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線と、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して求まる近似直線との交点に基づいて、接続温度の上限である塑性変形温度Ｔ０を決定している。これにより、太陽電池セル１０の反りの抑制に有効な接続温度の範囲を精度良く求めることができる。
【００３４】
続いて、上述した太陽電池モジュールの製造方法による太陽電池セル１０の反り量低減効果の検証結果について説明する。
【００３５】
この検証にあたっては、まず、配線部材１８の接続温度を１３０℃、１５０℃、１７０℃、及び２００℃として実際に太陽電池セル１０と配線部材１８との接続を行った。サンプル数は、各温度で３個ずつとした。また、エムエスシーソフトウェア株式会社製Ｍａｒｃ２００８を用い、裏面電極１５の物性をアルミニウム６０６１−Ｏ材と仮定し、その凝固点を応力ゼロ点として反り量のシミュレーションを行った。
【００３６】
図７は、配線部材１８の接続温度と太陽電池セル１０の反り量との検証結果を示す図である。同図に示すように、上記温度範囲では、配線接続後の太陽電池セル１０の反り量がいずれも０．１ｍｍ以上であり、接続温度が高いほど反り量が大きくなる傾向にあることが確認できた。また、実験結果とシミュレーション結果とが概ね一致していることも確認できた。
【００３７】
そこで、２０℃以上かつ塑性変形温度Ｔ０（１１２℃）未満となる接続温度として、８０℃及び１００℃の場合のシミュレーションを行ったところ、配線接続後の太陽電池セル１０の反り量が０．１ｍｍ以下となり、上記温度範囲外で接続を行ったときと比較して反り量が十分に低減されることが確認できた。
【００３８】
また、この検証では、アルミニウムよりも熱膨張率の小さい添加物が裏面電極１５に付加された太陽電池セル１０についても同様の試験を行った。まず、図８に示すように、この太陽電池セル１０について温度に対する反り量の変化を測定し、低温領域における測定結果に最小二乗法を適用して近似直線Ｄを求め、次いで、高温領域における測定結果に最小二乗法を適用して近似直線Ｅを求めた。そして、近似直線Ｄと近似直線Ｅとの交点Ｆに基づいて、上述した塑性変形温度Ｔ０を決定した。図８に示す例では、塑性変形温度Ｔ０は１５０℃となった。
【００３９】
次に、配線部材１８の接続温度を８０℃、１００℃、１３０℃、１５０℃、１７０℃、及び２００℃としてシミュレーションを行った。その結果、図９に示すように、接続温度が２０℃以上かつ塑性変形温度Ｔ０未満である場合には、配線接続後の太陽電池セルの反り量が０．０５ｍｍ以下であるのに対し、接続温度がこれよりも高い場合には、配線接続後の太陽電池セル１０の反り量が０．０６ｍｍ以上となった。以上のことから、アルミニウムよりも熱膨張率の小さい添加物が裏面電極１５に付加された太陽電池セル１０についても、本発明が有効であることが確認できた。
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、導電性フィルム２０を用いて配線部材１８の接続を行っているが、導電性接続材料には導電性ペーストを用いてもよい。また、その他の導電性接続材料として、低融点合金に導電粒子１７ａを分散して含有させた導電性フィルム又は導電性ペーストを用いてもよい。この場合、低融点合金としては、例えばＢｉ５８Ｓｎ４２（融点１３８℃）、Ｉｎ５２Ｓｎ４８（融点１１７℃）、Ｉｎ５１Ｂｉ３３Ｓｎ１６（融点６０℃）が挙げられる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…太陽電池セル、１１…基板、１２…受光部、１３…表面電極、１５…裏面電極、１７ａ…導電粒子、２０…導電性フィルム、１８…配線部材、Ａ…低温領域における近似直線、Ｂ…高温領域における近似直線、Ｃ…交点、Ｔ０…塑性変形温度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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